丁明吉,鞠　濤，張明宇，李和璋，羅青松

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所，廣西桂林　541004)

丁明吉(1982—)，男，山東臨沂人，工程師，主要研究方向?yàn)楣鈧魉途W(wǎng)技術(shù)；

E-mail：jimmydmj1202@163.com；

鞠　濤 (1978—) ，男，山東濰坊人，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)楣馔ㄐ偶夹g(shù)；

張明宇(1984—)，男，吉林松原人，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)楣馔ㄐ偶夹g(shù)；

李和璋 (1958—) ，男，廣西桂林人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ碳熬W(wǎng)絡(luò)管理研發(fā)；

羅青松(1964—)，男，廣西賓陽人，研究員，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司首席專家，主要研究方向?yàn)楣馔ㄐ偶夹g(shù)。

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工程與應(yīng)用

PTN網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表應(yīng)用技術(shù)研究

丁明吉,鞠濤，張明宇，李和璋，羅青松

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所，廣西桂林541004)

摘要：鑒于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表在PTN技術(shù)中的重要性，提出在網(wǎng)絡(luò)鄰居節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)受損條件下替換節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力的快速恢復(fù)。同時(shí)，運(yùn)用數(shù)據(jù)交織、加密、流量控制等技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的安全保密存儲(chǔ)，控制關(guān)鍵備份信息的知悉范圍；并降低信息存儲(chǔ)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量對(duì)網(wǎng)絡(luò)正常業(yè)務(wù)的影響。

關(guān)鍵詞：分組傳送網(wǎng)；標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表；標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議；流量工程；數(shù)據(jù)交織

0引言

在通信網(wǎng)業(yè)務(wù)逐漸IP化的發(fā)展趨勢(shì)下，以數(shù)據(jù)包為基本單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換的方式將占據(jù)統(tǒng)治地位。隨著IP網(wǎng)絡(luò)和MPLS網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)TDM技術(shù)的結(jié)合，分組傳送網(wǎng)(PTN)應(yīng)運(yùn)而生。PTN技術(shù)是光傳送網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域近幾年研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，它集成了靈活性、可擴(kuò)展性、統(tǒng)計(jì)復(fù)用等分組特性和網(wǎng)絡(luò)端到端OAM及保護(hù)、面向連接、QoS、定時(shí)同步等傳送特性[1]。在中國(guó)移動(dòng)的大力推動(dòng)下，PTN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大規(guī)模投入運(yùn)營(yíng)，正常條件下如果網(wǎng)絡(luò)受損，其設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間能夠滿足應(yīng)用需求。所有網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路及通信節(jié)點(diǎn)都有可能發(fā)生故障，而且在某種情況下，網(wǎng)絡(luò)還可能受到蓄意破壞。為保障用戶的服務(wù)質(zhì)量要求，網(wǎng)絡(luò)必須具備快速故障檢測(cè)和恢復(fù)的能力[2]。在特殊地理環(huán)境下，例如地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)部署的PTN網(wǎng)絡(luò)受損嚴(yán)重，原有節(jié)點(diǎn)主備設(shè)備嚴(yán)重毀壞時(shí)，替換設(shè)備按現(xiàn)有技術(shù)逐步重新建立標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，形成轉(zhuǎn)發(fā)能力的時(shí)間過長(zhǎng)，造成時(shí)間上的延誤，在緊急情況下可能導(dǎo)致關(guān)鍵敏感信息無法及時(shí)傳遞，造成嚴(yán)重后果。因此，PTN網(wǎng)絡(luò)受損事件發(fā)生后，替換節(jié)點(diǎn)能快速建立標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表并最大限度的恢復(fù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)保障該過程不影響網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)處理功能并且被替換受損節(jié)點(diǎn)的私有信息在安全可控范圍內(nèi)有著較為緊迫的技術(shù)需求。有鑒于此，本文提出采用基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表這一關(guān)鍵信息的方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)受損條件下替換節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的快速重建，形成PTN業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。同時(shí)基于網(wǎng)絡(luò)鄰居節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息這一技術(shù)研究數(shù)據(jù)交織、加密、流量工程等技術(shù)在PTN網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的安全保密存儲(chǔ)，控制該關(guān)鍵信息的知悉范圍；同時(shí)降低因存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量對(duì)正常業(yè)務(wù)流量的影響，避免引起網(wǎng)絡(luò)的擁塞。

1PTN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表關(guān)鍵信息備份技術(shù)

PTN網(wǎng)絡(luò)傳送業(yè)務(wù)以成幀的形式進(jìn)行，傳送的幀包括數(shù)據(jù)幀和OAM幀兩類。光纖上傳送的數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀，在不同節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)幀和OAM幀時(shí)要進(jìn)行標(biāo)簽替換，對(duì)應(yīng)TMP和TMC標(biāo)簽域數(shù)據(jù)取值的更改，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)交叉連接和分組交換。PTN業(yè)務(wù)的幀結(jié)構(gòu)如表1所示，目的地址(DA)為下一跳接口地址或廣播地址，源地址(SA)為本地接口地址，CRC實(shí)現(xiàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)功能。TMP標(biāo)簽域表示端到端的邏輯連接特性，等效于MPLS技術(shù)中的隧道層；TMC標(biāo)簽域表示業(yè)務(wù)的具體特性，比如連接類型、信息拓?fù)漕愋?點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)以及多點(diǎn)到多點(diǎn)等)及業(yè)務(wù)類型等，等效于PWE3技術(shù)中的偽線層(或虛電路層)。在PTN網(wǎng)絡(luò)正常工作時(shí)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都會(huì)建立起各自的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，該信息主要包含目的地址(DA)、源地址(SA)和TMP標(biāo)簽域、TMC標(biāo)簽域不同取值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過查詢?cè)摫砟軌蛎鞔_網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過本節(jié)點(diǎn)不同業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑。

表1　PTN業(yè)務(wù)幀結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)中，MPLS-TP已成為主流的技術(shù)選擇，在新建PTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)配置或現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)受損后進(jìn)行替換節(jié)點(diǎn)配置過程中，其數(shù)據(jù)面遵循經(jīng)過裁剪的MPLS技術(shù)，控制面技術(shù)則基于GMPLS。以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重受損，使用替換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的過程為例，主要涉及的技術(shù)包括基于GMPLS的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)技術(shù)和基于MPLS的標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議技術(shù)。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)某些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或終端用戶自動(dòng)識(shí)別與自己相連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或終端用戶的身份，使資源標(biāo)識(shí)相互匹配，即獲得相鄰節(jié)點(diǎn)的控制地址、節(jié)點(diǎn)地址和對(duì)應(yīng)本地端口標(biāo)識(shí)的遠(yuǎn)端端口標(biāo)識(shí)。同時(shí)也能夠發(fā)現(xiàn)本地節(jié)點(diǎn)與這些鄰居節(jié)點(diǎn)之間的接口和鏈路所承載的業(yè)務(wù)類型[3]。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)又分為自動(dòng)鄰居發(fā)現(xiàn)和自動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)鄰居發(fā)現(xiàn)通過鏈路管理協(xié)議(LMP)技術(shù)實(shí)現(xiàn)IP控制信道的配置、Hello過程的激活以及鏈路狀態(tài)信息的確認(rèn)；自動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)服務(wù)屬性的確定，包括信令協(xié)議的類型及服務(wù)粒度的大小。標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議[4](Label Distribution Protocol，LDP)是標(biāo)簽交換路由器在網(wǎng)絡(luò)中建立標(biāo)簽交換路徑的一系列消息及消息處理過程。其實(shí)質(zhì)是在物理上或者邏輯上相鄰的對(duì)等LSR之間根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層路由信息和其他一些相關(guān)協(xié)議(如RSVP等)產(chǎn)生具有一定語義的標(biāo)簽，并將這些標(biāo)簽分發(fā)到與其相鄰的對(duì)端LSR上，由此將網(wǎng)絡(luò)層路由直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層的交換路徑上形成標(biāo)簽交換路徑的一系列處理過程。

現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)體制下，替換設(shè)備接入受損PTN網(wǎng)絡(luò)，上電完成后通過自動(dòng)發(fā)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直連鄰居節(jié)點(diǎn)的識(shí)別，獲取其IP地址、端口數(shù)量及可用資源情況并告知本節(jié)點(diǎn)可以提供的服務(wù)及端口、存儲(chǔ)空間等資源情況。隨后通過標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議建立與鄰居節(jié)點(diǎn)的會(huì)話，協(xié)商建立本節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)通道(即標(biāo)簽交換路徑)，并形成本節(jié)點(diǎn)設(shè)備各出入端口與不同業(yè)務(wù)流向?qū)?yīng)的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。

本文提出的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表技術(shù)是指PTN網(wǎng)絡(luò)正常工作時(shí)在控制面或者管理面功能的作用下，將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)形成的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息備份到與其相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)所在環(huán)境發(fā)生劇烈變化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重?fù)p毀時(shí)，其標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息并不會(huì)丟失，而是留存在相鄰節(jié)點(diǎn)中，替換節(jié)點(diǎn)可以向相鄰節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求存儲(chǔ)的原節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，從而快速建立自己的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中設(shè)置定時(shí)器，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定期向相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表更新信息，保證鄰居節(jié)點(diǎn)中備份了該節(jié)點(diǎn)最新的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息。

圖1給出了一個(gè)7個(gè)節(jié)點(diǎn)PTN網(wǎng)絡(luò)的連接拓?fù)鋱D，以節(jié)點(diǎn)G為例介紹在PTN網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)的大致流程。網(wǎng)絡(luò)正常工作情況下，在控制平面以及相關(guān)協(xié)議的作用下，各節(jié)點(diǎn)逐步產(chǎn)生自己的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息。如節(jié)點(diǎn)G，將按照目前PTN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與上下游節(jié)點(diǎn)協(xié)商，形成自身的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表。節(jié)點(diǎn)G在形成標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表后，通過擴(kuò)展的LDP協(xié)議與其相鄰的節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)E和節(jié)點(diǎn)F進(jìn)行信令交互，協(xié)商必要的參數(shù)信息，為在這三個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息做準(zhǔn)備。

圖2　標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息網(wǎng)絡(luò)備份存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)流程圖

PTN網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)采用擴(kuò)展的LDP協(xié)議進(jìn)行信令交互，以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)G和F的信令交互過程為例，流程如圖2所示，具體步驟包括：

(1)通過發(fā)送Discovery[5](發(fā)現(xiàn))消息，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)G確認(rèn)相鄰節(jié)點(diǎn)F是其直連鄰居對(duì)等節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)G與節(jié)點(diǎn)F進(jìn)行常規(guī)參數(shù)的協(xié)商，如標(biāo)簽分發(fā)方式的協(xié)商等；

(2)節(jié)點(diǎn)G向節(jié)點(diǎn)F詢問其設(shè)備中可以用于存儲(chǔ)備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的剩余存儲(chǔ)空間的大小λF;

(3)節(jié)點(diǎn)F響應(yīng)節(jié)點(diǎn)G的請(qǐng)求，返回參數(shù)值λF；

(4)節(jié)點(diǎn)G收到λF，將λF與相應(yīng)的條件進(jìn)行比較判斷。節(jié)點(diǎn)G與其他兩個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)A和E進(jìn)行同樣的信令過程，經(jīng)過上述步驟1、2、3后，節(jié)點(diǎn)G得到參數(shù)值λA和λE。節(jié)點(diǎn)G將所得的三個(gè)參數(shù)值與存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表相關(guān)信息所需的存儲(chǔ)空間的大小進(jìn)行比較，選擇大于存儲(chǔ)需求的參數(shù)值。假定λA和λF符合大于存儲(chǔ)需求的條件，那么節(jié)點(diǎn)G就會(huì)與節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)F接著進(jìn)行步驟5到步驟7的流程，而節(jié)點(diǎn)G與節(jié)點(diǎn)E的信令過程則會(huì)直接跳轉(zhuǎn)到步驟7結(jié)束流程；

(5)在第4步比較判斷的基礎(chǔ)上，節(jié)點(diǎn)G向節(jié)點(diǎn)F請(qǐng)求預(yù)留存儲(chǔ)自身的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息所需的存儲(chǔ)資源，并分配發(fā)送這些信息所要使用的標(biāo)簽值；

(6)節(jié)點(diǎn)F響應(yīng)請(qǐng)求，為節(jié)點(diǎn)G預(yù)留所需的存儲(chǔ)空間，并分配標(biāo)簽LF(同樣，節(jié)點(diǎn)A響應(yīng)節(jié)點(diǎn)G的請(qǐng)求，為節(jié)點(diǎn)G預(yù)留所需的存儲(chǔ)空間，分配標(biāo)簽LA)；

(7)節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)F備份存儲(chǔ)從節(jié)點(diǎn)G發(fā)送來的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，會(huì)話結(jié)束，連接拆除。

2基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的流量控制技術(shù)

通過在PTN網(wǎng)絡(luò)鄰居節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表這一關(guān)鍵信息能夠有效解決網(wǎng)絡(luò)受損條件下業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力快速恢復(fù)的問題，然而這一方法也在PTN網(wǎng)絡(luò)引入了額外的數(shù)據(jù)傳送負(fù)擔(dān)，增加了網(wǎng)絡(luò)中的流量，嚴(yán)重時(shí)可能造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。需要引入適當(dāng)?shù)牧髁靠刂茩C(jī)制，將該不利的影響降到最低而又不引起網(wǎng)絡(luò)全局性的流量控制。采用信令實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏈路狀態(tài)，對(duì)連接相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈路狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判定相鄰節(jié)點(diǎn)通信鏈路的通信性能和可靠性，從中選擇最穩(wěn)定可靠的鏈路。只在部分鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的備份，避免在所有相鄰節(jié)點(diǎn)中都進(jìn)行備份而產(chǎn)生的不必要額外流量。

在完成圖2 所示第1個(gè)步驟的流程后，采用改進(jìn)的CSMA[6](載波偵聽多路訪問)技術(shù)進(jìn)行鏈路流量的探測(cè)，避免造成鏈路阻塞，具體實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)先通過LDP協(xié)議與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信令交互，獲知通往它們對(duì)應(yīng)鏈路的阻塞率Pi和平均業(yè)務(wù)量Qi(其中0

圖3　網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)探測(cè)流程圖

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)向選定的相鄰節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)其標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息時(shí)，并不是有數(shù)據(jù)就發(fā)送，而是先檢測(cè)與選定節(jié)點(diǎn)相連鏈路的即時(shí)業(yè)務(wù)流量。如果鏈路上的即時(shí)業(yè)務(wù)量比較大，鏈路剩余帶寬資源不足，此時(shí)發(fā)送標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息有很大的幾率造成鏈路阻塞，影響正常的業(yè)務(wù)傳送。需要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中設(shè)置隨機(jī)延時(shí)器，啟動(dòng)隨機(jī)延時(shí)器一段時(shí)間后再檢測(cè)鏈路上的流量，決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)。如果鏈路上的即時(shí)業(yè)務(wù)流量比較小，可用帶寬資源足以滿足網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息所需帶寬，則把待發(fā)送的數(shù)據(jù)包加入到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送隊(duì)列中。通過該機(jī)制，避開鏈路上正常業(yè)務(wù)流量比較大的情況，防止備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息引起的流量與正常業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)資源，引起正常業(yè)務(wù)傳送的阻塞。

完成標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的備份后，設(shè)置備份信息更新的周期，根據(jù)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表中各不同條目的重要性，采用不同的處理方式。對(duì)于重要程度不同的轉(zhuǎn)發(fā)條目采用不同的更新頻率，設(shè)置不同的更新周期[7]。比較重要的轉(zhuǎn)發(fā)條目，例如與高等級(jí)業(yè)務(wù)相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)條目，設(shè)置較短的更新周期，保證其正確性；而與低等級(jí)普通業(yè)務(wù)相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)條目，可以設(shè)置較長(zhǎng)的更新周期，盡量減少更新帶來的流量增長(zhǎng)。當(dāng)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表中的條目到達(dá)更新周期時(shí)，先判斷該條目是否發(fā)生了變化，只更新發(fā)生改變的轉(zhuǎn)發(fā)表?xiàng)l目并刪除已過期轉(zhuǎn)發(fā)表?xiàng)l目的備份。對(duì)于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表中新產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)表?xiàng)l目，立即在選定的相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行備份，并根據(jù)重要程度設(shè)置更新周期。

圖1所示的PTN網(wǎng)絡(luò)中，假定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)G有一張包含3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)條目的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，主要由條目編號(hào)，入端口，出端口，入標(biāo)簽，出標(biāo)簽，優(yōu)先級(jí)等幾項(xiàng)內(nèi)容構(gòu)成，如圖4所示。其中優(yōu)先級(jí)包括EF(Expedited Forwarding)、AF(Assured Forwarding)和BF(Best Effort)三個(gè)等級(jí)，快速轉(zhuǎn)發(fā)類EF為最高優(yōu)先等級(jí)，保證轉(zhuǎn)發(fā)類AF次之，盡力而為類BF為最低等級(jí)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在建立標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)分別為這三個(gè)優(yōu)先等級(jí)設(shè)置更新周期TE、TA、TB，且TE

圖4　標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表?xiàng)l目更新示意圖

如圖4所示，編號(hào)為601和603的轉(zhuǎn)發(fā)表?xiàng)l目出端口分別由201和203變?yōu)?01和204，與之對(duì)應(yīng)的出標(biāo)簽由96和36變?yōu)?8和32。節(jié)點(diǎn)G檢測(cè)到上述條目的變化后， 不會(huì)立即更新變化的條目或整張標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的備份，而是等待601和603轉(zhuǎn)發(fā)條目更新周期TE和TB的到來。由于轉(zhuǎn)發(fā)條目601對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)為最高等級(jí)的EF，其對(duì)應(yīng)的更新周期TE將更早到來。在更新周期TB到來后，探測(cè)對(duì)應(yīng)鏈路上的即時(shí)業(yè)務(wù)流量，在不影響鏈路正常業(yè)務(wù)的情況下，將轉(zhuǎn)發(fā)條目601和603更新后的內(nèi)容封裝成數(shù)據(jù)包發(fā)送到A和F兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)，更新原有備份。對(duì)于編號(hào)為602的轉(zhuǎn)發(fā)條目，由于其內(nèi)容沒有變化，所以即便更新周期TA到來，節(jié)點(diǎn)G也不會(huì)向相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)更新信息。

3基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的信息安全加固技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)受損條件下，通過在PTN網(wǎng)絡(luò)鄰居節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，替換節(jié)點(diǎn)能夠基于備份的原節(jié)點(diǎn)信息快速重建自身的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，形成PTN業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。然而，當(dāng)PTN網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)出于信息安全的考慮，不希望相鄰節(jié)點(diǎn)知道其備份的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表內(nèi)容時(shí)，需要對(duì)備份的信息采用特定的安全加固技術(shù)，控制其知悉范圍。在PTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的過程中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)獲取相鄰節(jié)點(diǎn)剩余存儲(chǔ)空間的大小，對(duì)需要安全加固的轉(zhuǎn)發(fā)表信息進(jìn)行數(shù)據(jù)交織和加密等技術(shù)處理，然后按照剩余存儲(chǔ)空間大小按比例隨機(jī)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到不同的相鄰節(jié)點(diǎn)，提高標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表這一關(guān)鍵信息的安全性和保密性。

數(shù)據(jù)交織是通信系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而采用的一種技術(shù)，從其本質(zhì)上來說就是最大限度的改變信息結(jié)構(gòu)而不改變信息內(nèi)容，是對(duì)一串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行位置上的重新排列。交織可認(rèn)為是一種序列到序列的映射，映射前后的序列元素類型及數(shù)量相同，序列元素中的位置發(fā)生了變化[8]。數(shù)字通信中常用的交織技術(shù)按交織方式可分為分組交織和隨機(jī)交織等，按交織對(duì)象分可分為字節(jié)交織和位交織。對(duì)于不同的交織技術(shù)而言，區(qū)別只是交織表不一樣，在電路中表現(xiàn)為讀寫地址的順序不同。

圖5描述了標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息交織處理的過程，原標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表包含n個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)條目，對(duì)應(yīng)表格中的n行，各轉(zhuǎn)發(fā)條目數(shù)據(jù)包包含k個(gè)字節(jié)，對(duì)應(yīng)表格中的k列，轉(zhuǎn)發(fā)表包含的總字節(jié)數(shù)為k*n。本文采用字節(jié)交織的方式進(jìn)行處理，圖5中所示的交織處理規(guī)律為最簡(jiǎn)單的行列置換法，即將轉(zhuǎn)發(fā)表中處于同一列的各字節(jié)提取出來封裝成一個(gè)新的轉(zhuǎn)發(fā)條目，最終得到新的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表。該表包含k個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)條目，各轉(zhuǎn)發(fā)條目的數(shù)據(jù)包由n個(gè)字節(jié)構(gòu)成，交織后轉(zhuǎn)發(fā)表的字節(jié)總數(shù)不變。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要采用更為復(fù)雜的交織規(guī)律進(jìn)行標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的處理，所采用的交織規(guī)律由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)決定，不通告其相鄰節(jié)點(diǎn)，使得鄰居節(jié)點(diǎn)無法通過反交織獲知備份信息的具體內(nèi)容。

圖5　標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息交織處理示意圖

經(jīng)過交織處理的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息在節(jié)點(diǎn)G還需要進(jìn)行加密處理，加/解密算法和密鑰都不通告相鄰節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步提高信息存儲(chǔ)的安全性。隨后開始如圖2所示的存儲(chǔ)備份流程，經(jīng)交織和加密處理的各轉(zhuǎn)發(fā)條目數(shù)據(jù)包需要添加鄰居節(jié)點(diǎn)分配的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽和本節(jié)點(diǎn)生成的順序號(hào)，順序號(hào)使得節(jié)點(diǎn)G以后從相鄰節(jié)點(diǎn)獲取自己備份的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息數(shù)據(jù)包時(shí)，能區(qū)分這些數(shù)據(jù)包的先后順序。節(jié)點(diǎn)G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息可以在節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)F中各備份1份，也可以選擇按比例隨機(jī)地將備份信息發(fā)送到節(jié)點(diǎn)A和F進(jìn)行備份，分散了鄰居節(jié)點(diǎn)信息存儲(chǔ)和鏈路發(fā)送流量的壓力。更為重要的是，隨機(jī)存儲(chǔ)的方式使得通過其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)無法獲得所有的備份數(shù)據(jù)包，也就不可能得到完整的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，進(jìn)一步增強(qiáng)了在網(wǎng)路中存儲(chǔ)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的安全保密性能。

4結(jié)語

PTN網(wǎng)絡(luò)中基于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行各類業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)處理,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主備設(shè)備受損嚴(yán)重時(shí)，替換設(shè)備按現(xiàn)有技術(shù)逐步重新建立標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，形成轉(zhuǎn)發(fā)能力的時(shí)間過長(zhǎng)。本文提出在相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)受損條件下業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力的快速恢復(fù)，同時(shí)通過綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)交織、加密、流量控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的安全保密存儲(chǔ)，并避免該信息備份過程對(duì)網(wǎng)絡(luò)正常業(yè)務(wù)傳輸造成影響，提高已部署網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維能力和服務(wù)水平，充分發(fā)揮PTN產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的助推作用。

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Research on Application of Label Forwarding Tables in PTN network

DING Ming-ji, JU Tao, ZHANG Ming-yu, LI He-zhang, LUO Qing-song

(The 34th Research Institute of CETC, Guilin, Guangxi 541004, China)

Abstract:For the importance of label forwarding tables in PTN network, a method of traffic forwarding tables information stored on neighbor nodes in the same network is proposed which will help replaced node to provide data path traffic forwarding ability quickly when damage occurred. At the same time, the technology such as data interleaving, encryption and traffic controlling are used to guarantee the secure store of the label forwarding tables, control the knowing range of key backup information, and reduce the influence of traffic produced by Information storing process on the network normal operation.

Key words:Packet Transport Network (PTN); Label Forwarding Tables; Label Distribution Protocol(LDP)；Traffic Engineering; Data Interleaving

作者簡(jiǎn)介

中圖分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5692(2016)01-045-06

基金項(xiàng)目：廣西科技攻關(guān)課題(桂科攻14122005-26)

收稿日期：2015-12-07

修訂日期：2016-2-10

doi:10.3969/j.issn.1673-5692.2016.01.010